一种磁致变色光子晶体材料及其制备方法技术

技术编号:15689783 阅读:471 留言:0更新日期:2017-06-24 01:38
本发明专利技术涉及一种磁致变色光子晶体材料及其制备方法。制备方法包括(1)制备单分散二氧化硅微球胶体、(2)合成功能化金属材料和(3)制备磁致变色光子晶体材料三个步骤。本发明专利技术提供的制备方法简单。采用该制备方法制得的光子晶体材料为核壳结构,其中二氧化硅微球为核,附着在二氧化硅微球表面的金属离子为壳。由于金属离子具有超顺磁性,从而使得光子晶体材料也具有磁响应性能。当施加适当磁场时,金属粒子体积位置或者体积改变,使得光子晶体团簇的晶格结构发生变化,光子禁带位置改变,从而使得晶体的颜色发生改变。另外,由于二氧化硅微球的结构均匀,分散性好,因此,本发明专利技术制得的纳米光子晶体材料具有晶体结构均匀,结构颜色丰富的优点。

Magnetic photonic crystal material and preparation method thereof

The invention relates to a magneto optic photonic crystal material and a preparation method thereof. The preparation methods include (1) preparation of monodisperse silica microspheres, colloids, (2) synthesis of functionalized metal materials, and (3) preparation of three steps of photonic crystal materials. The preparation method provided by the invention is simple. The photonic crystal material prepared by the method is a core-shell structure, wherein the silicon dioxide microsphere is a nucleus, and the metal ion attached to the surface of the silica microsphere is a shell. As the metal ions are superparamagnetic, photonic crystal materials also exhibit magnetic response properties. When an appropriate magnetic field is applied, the size, position or volume of the metal particles changes, so that the lattice structure of the photonic crystal cluster changes, and the photonic band gap changes, thus changing the color of the crystal. In addition, because the structure of the silica microsphere is uniform and the dispersion is good, the nanometer photonic crystal material prepared by the invention has the advantages of uniform crystal structure and rich structure color.

【技术实现步骤摘要】
一种磁致变色光子晶体材料及其制备方法
本专利技术涉及材料
,尤其涉及一种磁致变色光子晶体材料及其制备方法。
技术介绍
光子晶体是尺寸在一百纳米到几个微米的无机或者有机的胶体微球在驱动力的作用下进行自组装,形成一定的有序结构,这种有序排列的胶体微球结构通常被称为光子晶体、胶体晶体或者人造蛋白石结构。光子晶体由于其优良的光学性能成为新一代光电器件的基础材料,还可以用作一下基本现象的理想模型体系,可以用于相变,热解过程等热点问题的机理研究。此外,光子晶体本身还可作为模板,可以和电镀、光刻技术等进行完美的融合,用于制备的图案化光子晶体材料。正因为光子晶体及其相关衍生物具有广阔的应用前景,才使得其在制备精确调控、化学改性和新颖应用的学科交叉中受到极大关注。二氧化硅微球具有化学惰性、耐高温、机械强度高等优点,在橡胶、催化剂、制药以及陶瓷等领域具有广泛的应用前景。近几年,以单分散性好的二氧化硅微球作为基元材料,采用自组装法制备光子晶体成为研究的热点,主要是因为二氧化硅微球的制备方法简单、微球粒径可控。申请公布号为CN101049631A的专利技术专利申请中公开了一种纳米复合物二氧化硅-金属核壳离子的制备方法。该制备方法通过使用交联剂对二氧化硅表面进行修饰,形成一种表面氨化的二氧化硅粒子,然后再将修饰后的二氧化硅与经还原剂处理后的金、银、锡或它们的合金混合,从而制得以二氧化硅为核,以金、银、锡或它们的合金为壳,具有生物相容性好、水溶性好的优点,并具有特定光学性质的纳米复合物。但是,上述制备方法具有三个缺点:一是上述制备方法是通过使用交联剂对二氧化硅的表面进行修饰,不但制备方法复杂(需要在较高温度下加热回流一定时间,然后需经4~5次离心操作),而且表面氨化的二氧化硅与金属的结合能力也较差,为了得到表面完全覆盖金属的核壳离子,不但需要多次超声,还需离心以及还原剂的作用,从而使得制备步骤变色复杂;二是所使用的金、银、锡或它们的合金磁性小,从而使得纳米复合物的磁响应能力差;三是所制得的纳米复合物没有完整有序的光子晶体结构,更无法变色,从而使得纳米复合物在化学、生物传感器、光电学设备等领域的应用受到了限制。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对现有的二氧化硅光子晶体的制备方法存在的复杂、变色范围小、颜色单一的问题,本专利技术提供了一种简单、成本低、并且变色范围广,达到红黄蓝等多色系变色的制备方法。(二)技术方案为了解决上述技术问题,本专利技术提供了如下的技术方案:1、一种磁致变色光子晶体材料的制备方法,包括如下步骤:(1)制备单分散二氧化硅微球胶体:将正硅酸乙酯、液体醇和浓氨水混合,然后在密闭条件下进行搅拌,从而制得单分散二氧化硅微球胶体;(2)制备功能化金属材料晶体:将无水金属盐、乙酰氯和第一有机溶剂混合并在室温下进行反应,从而制得功能化金属材料晶体;(3)制备磁致变色光子晶体材料:将功能化金属材料晶体分散在第二有机溶剂中,再与单分散二氧化硅微球胶体混合并分散,得到磁致变色光子晶体材料。2、一种磁致变色光子晶体材料的制备方法,所述步骤(2)按照如下方式进行:(1)配制溶液:将20~40mL乙酰氯和30~50mL第一有机溶剂混合,配制成乙酰氯溶液;将10~50g无水金属盐和20~40mL第一有机溶剂混合,配制成第一金属溶液;将15~20g无水金属盐和50~60mL第一有机溶剂混合,配制成第二金属溶液;(2)反应:先将第一金属溶液和乙酰氯溶液混合,待固体完全溶解后,再加入第二金属溶液,然后在室温下反应2~10小时,从而制得功能化金属材料晶体。3、一种磁致变色光子晶体材料的制备方法,在步骤(2)中,所述无水金属盐选自氯化铁、二茂铁、二茂铁衍生物中的任一种。4、一种磁致变色光子晶体材料的制备方法,步骤(2)还包括在室温下进行反应后将反应产物纯化的步骤,所述纯化步骤按照如下方式进行:将将反应产物倒入冰水中,水层用第一有机溶剂萃取,将有机相用无水Na2SO4干燥,过滤,蒸除第一有机溶剂,用乙醇重结晶,从而得到功能化金属材料晶体。5、一种磁致变色光子晶体材料的制备方法,在步骤(3)中,所述功能化金属材料晶体在所述单分散二氧化硅胶体中的浓度为0.1~1wt%。6、一种磁致变色光子晶体材料的制备方法,在步骤(3)中,所述分散采用超声分散的方式进行,所述超声分散采用的频率为4000~6500Hz,超声分散的时间为10~15min。7、一种磁致变色光子晶体材料的制备方法,在步骤(1)中,所述正硅酸乙酯、液体醇和浓氨水的体积比为(1~2):(10~30):(10~30)。8、一种磁致变色光子晶体材料的制备方法,在步骤(1)中,将正硅酸乙酯、液体醇和浓氨水混合,然后在密闭条件下在10~100℃下搅拌10~48h,并且所述液体醇选自甲醇、乙醇、丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、正戊醇中的任一种,优选为甲醇。9、一种磁致变色光子晶体材料的制备方法,所述第一有机溶剂为二氯甲烷或三氯甲烷;所述第二有机溶剂选自乙醇、丙三醇、乙醚、丙酮、三氯甲烷、N,N-二甲基丙烯酰胺中的任一种。10、本专利技术还提供了一种磁致变色光子晶体材料,采用1至9任一项所述的制备方法制备而成。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点:(1)、本专利技术的制备方法简单,成本低,无需特殊设备和工艺。(2)、采用本专利技术制备方法制得的磁性变色光子晶体材料的结构均匀,结构颜色丰富。(3)、因为金属粒子具有超顺磁性,因此,采用本专利技术制备方法制得的磁性变色光子晶体材料在适当的磁场条件下能够产生颜色的变化,变色范围广,达到红黄蓝等多色系变色,可广泛应用于化学、生物传感器、光电学设备等。附图说明图1是实施例1制得的二氧化硅微球的扫描电镜图;图2是实施例1制得的磁性变色光子晶体材料的透射电镜图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利技术实施例,对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。第一,本专利技术提供了一种磁致变色光子晶体材料的制备方法,包括如下步骤:(1)制备单分散二氧化硅微球胶体:将正硅酸乙酯、液体醇和浓氨水混合,然后在密闭条件下进行搅拌,从而制得单分散二氧化硅微球胶体。本专利技术采用改良的法制备二氧化硅微球,不但简单,重复性好,而且单分散性好。通过控制原料试剂的加入量能够达到调节二氧化硅微球粒径的目的。优选地,当将所述正硅酸乙酯、液体醇和浓氨水的体积比控制在(1~2):(10~30):(10~30)范围内时,可以制得100nm~500nm的二氧化硅微球。另外,在制备时,本专利技术将反应温度控制在10~100℃,反应时间控制在10~48h,确保二氧化硅微球粒径均匀。本专利技术中的液态醇可以选择甲醇、乙醇、丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、正戊醇中的任一种,无毒,安全性高;优选为甲醇。本专利技术中的浓氨水是指质量分数为35%的氨水溶液。(2)制备功能化金属材料晶体:将无水金属盐、乙酰氯和第一有机溶剂混合并在室温下进行反应,从而制得功能化金属材料晶体。为了将金属材料与二氧化硅微球结合,本专利技术合本文档来自技高网
...
一种磁致变色光子晶体材料及其制备方法

【技术保护点】
一种磁致变色光子晶体材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)制备单分散二氧化硅微球胶体:将正硅酸乙酯、液体醇和浓氨水混合,然后在密闭条件下进行搅拌,从而制得单分散二氧化硅微球胶体;(2)制备功能化金属材料晶体:将无水金属盐、乙酰氯和第一有机溶剂混合并在室温下进行反应,从而制得功能化金属材料晶体;(3)制备磁致变色光子晶体材料:将功能化金属材料晶体分散在第二有机溶剂中,再与单分散二氧化硅微球胶体混合并分散,得到磁致变色光子晶体材料。

【技术特征摘要】
1.一种磁致变色光子晶体材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)制备单分散二氧化硅微球胶体:将正硅酸乙酯、液体醇和浓氨水混合,然后在密闭条件下进行搅拌,从而制得单分散二氧化硅微球胶体;(2)制备功能化金属材料晶体:将无水金属盐、乙酰氯和第一有机溶剂混合并在室温下进行反应,从而制得功能化金属材料晶体;(3)制备磁致变色光子晶体材料:将功能化金属材料晶体分散在第二有机溶剂中,再与单分散二氧化硅微球胶体混合并分散,得到磁致变色光子晶体材料。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)按照如下方式进行:(a)配制溶液:将20~40mL乙酰氯和30~50mL第一有机溶剂混合,配制成乙酰氯溶液;将10~50g无水金属盐和20~40mL第一有机溶剂混合,配制成第一金属溶液;将15~20g无水金属盐和50~60mL第一有机溶剂混合,配制成第二金属溶液;(b)反应:先将第一金属溶液和乙酰氯溶液混合,待固体完全溶解后,再加入第二金属溶液,然后在室温下反应2~10小时,从而制得功能化金属材料晶体。3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述无水金属盐选自氯化铁、二茂铁、二茂铁衍生物中的任一种。4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)还包括在室温下进行反应后将反应产物纯化的步骤,所述纯化步骤按照如...

【专利技术属性】
技术研发人员:李方娟赵玉佳单明柱吴宜艳沈广志董默王晶华邹辉孟繁钦郭强
申请(专利权)人:牡丹江医学院
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1